2.

Energiefreisetzung

Bei Verbrennungsreaktionen wird Energie u. a. in Form von Wärme frei. Diese nutzt man in verschiedenen technischen Verfahren wie z. B. zur Erzeugung elektrischen Stromes oder zu Heizzwecken (Siehe auch Heizkraftwerk). Bestimmte Verbrennungsreaktionen dienen auch zur großtechnischen Herstellung von verschiedenen, meist chemischen Substanzen. So werden beispielsweise bei der Produktion von Schwefelsäure Schwefel und Sauerstoff zunächst zu Schwefeldioxid und dann weiter zu Schwefeltrioxid umgesetzt („verbrannt”). Um eine möglichst hohe Ausbeute an Trioxid zu erhalten werden bei diesem Prozess spezielle Katalysatoren eingesetzt. Schließlich dienen Verbrennungsprozesse zum Beseitigen von Abfallstoffen (siehe Abfallverbrennung).

Durch die Verbrennungswärme erhöht sich die Temperatur der Reaktionspartner. Die erreichte Temperatur hängt davon ab, wie schnell die Energie einerseits durch die Reaktion erzeugt und andererseits an die Umgebung abgegeben wird. Dabei spielt auch die Menge der entstandenen Stoffe eine entscheidende Rolle.

Für Verbrennungsprozesse mit Sauerstoff ist Luft die billigste Quelle. Luft besteht zu drei Vierteln aus Stickstoff, der stets als ein Hauptbestandteil des Substanzgemischs aus der Verbrennung hervorgeht. Aus diesem Grund liegt die Temperatur bei der Verbrennung mit Luft deutlich niedriger als bei der Verbrennung mit reinem Sauerstoff.

Damit eine Verbrennung weitgehend vollständig abläuft, muss stets ein bestimmtes Mengenverhältnis von Sauerstoff und Brennstoff vorliegen. Prinzipiell führt etwas mehr Sauerstoff oder Luft zur vollständigen Reaktion. Als Nachteil ist die Verbrennungstemperatur deutlich niedriger, denn der Überschuss an Luft muss ebenfalls erwärmt werden, wodurch außerdem weniger nutzbare Energie entsteht.

Für jede Brennstoffsorte gibt es eine optimale Luft-Brennstoff-Zusammensetzung, die je nach gewünschter Temperatur einen anderen Wert haben kann. Mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reinen Sauerstoff führt man beispielsweise einem Schweißbrenner zu, um eine möglichst hohe Temperatur zu erzielen (siehe Acetylen). Die Verbrennungsgeschwindigkeit lässt sich durch Zerkleinerung oder Feinstverteilung des Brennstoffes steigern. Dadurch wird die Oberfläche einer bestimmten Brennstoffmenge größer, der Sauerstoff kann schneller mit dem Brennstoff in Kontakt treten und die Reaktionsgeschwindigkeit nimmt zu. Ähnliche Effekte lassen sich durch gute Vermischung von Brennstoff und Luft bzw. Sauerstoff vor der Verbrennung erreichen. Soll die Verbrennungswärme extrem schnell freigesetzt werden, z. B. im Triebwerk einer Rakete, dann vermischt man das Oxidationsmittel bereits bei der Herstellung fein verteilt mit dem Brennstoff.